Leurs conclusions, rapportées dans les Actes de l'Académie nationale des sciences , suggèrent un nouveau mécanisme pour ce processus omniprésent et pourraient éventuellement conduire à de nouveaux traitements pour les affections dans lesquelles la fusion membranaire semble échouer.

"Les manuels de biologie disent que les SNARE rapprochent les membranes pour provoquer la fusion, et beaucoup de gens étaient satisfaits de cette explication. Mais pas moi, car les membranes mises en contact ne fusionnent normalement pas. Notre simulation va plus loin pour montrer comment ce processus important se déroule." a déclaré le responsable de l'étude Jose Rizo-Rey ("Josep Rizo"), Ph.D., professeur de biophysique, biochimie et pharmacologie à l'UT Southwestern.

La fusion membranaire est essentielle à la vie. Un exemple typique se produit dans les neurones, cellules qui constituent la base du système nerveux et constituent la majeure partie du cerveau, de la moelle épinière et des nerfs périphériques. Ces cellules communiquent entre elles en libérant des produits chimiques appelés neurotransmetteurs à partir de vésicules qui doivent fusionner avec la membrane cellulaire du neurone d'origine depuis l'intérieur pour que les neurotransmetteurs soient libérés et reconnus par d'autres neurones.

Toutes les membranes cellulaires des eucaryotes (organismes dont les cellules ont un noyau lié à une membrane) sont constituées d'une double couche de phospholipides, des molécules qui ont une tête qui interagit avec l'eau et une queue qui la repousse. Les têtes de ces molécules forment les revêtements internes et externes des membranes, et les queues sont prises en sandwich entre les deux. Les membranes bicouches phospholipidiques entourent les cellules eucaryotes, leurs noyaux, bon nombre de leurs organites et d'autres éléments, tels que des sacs remplis de liquide appelés vésicules qui transportent des marchandises à l'intérieur et entre les cellules.

Vers 1990, des chercheurs ont découvert que les SNARE – abréviation de récepteurs solubles de la protéine d’attachement au facteur sensible au N-éthylmaléimide – jouaient un rôle clé dans la fusion membranaire. La compréhension dominante est que ces protéines forment un complexe qui fonctionne comme une fermeture éclair, mettant les membranes en contact étroit et les amenant à fusionner. Cependant, a expliqué le Dr Rizo-Rey, des études menées au fil des années ont suggéré que cette théorie comportait des failles importantes. Par exemple, les SNARE mutés qui mettaient toujours les membranes en contact ne les faisaient pas fusionner.

Pour mieux comprendre le rôle des SNARE dans la fusion membranaire, le Dr Rizo-Rey et ses collègues ont essayé une approche différente. S'appuyant sur Frontera, l'un des superordinateurs les plus rapides au monde, hébergé au Texas Advanced Computing Center de l'Université du Texas à Austin, l'équipe a exécuté une simulation de dynamique moléculaire de tous les atomes d'une vésicule fusionnant avec une bicouche lipidique qui imite les membranes cellulaires neuronales.

Ce type de simulation utilise des algorithmes pour prédire comment toutes les molécules d'un système spécifique interagissent en fonction des propriétés des atomes impliqués (environ 5,3 millions d'atomes dans ce cas, ce qui nécessite une énorme puissance de calcul pour le suivre.

Cette simulation a montré que, plutôt que de simplement rassembler les membranes biologiques, le complexe SNARE induit le retournement des phospholipides de la membrane cellulaire et des vésicules, entremêlant leurs queues hydrofuges. Cette action amène les membranes à fusionner et à former ensuite un pore qui expulse le contenu de la vésicule à l'extérieur de la cellule.

Le Dr Rizo-Rey a prévenu que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour confirmer que ce mécanisme se produit dans les cellules. Cependant, a-t-il ajouté, les résultats de la simulation sont très logiques d'un point de vue physico-chimique et correspondent bien à ceux de plusieurs autres études sur la fusion cellulaire au fil des ans.

Bien que cette découverte n'ait aucune implication immédiate sur la santé, a-t-il ajouté, les chercheurs pourraient éventuellement être en mesure d'utiliser ces résultats pour élaborer de nouveaux traitements pour diverses maladies neurologiques telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson, la schizophrénie et l'épilepsie. dont certains traitements existants se concentrent déjà sur la promotion ou l'inhibition de la libération de neurotransmetteurs.

Le diabète, les maladies cardiaques, l'hypertension artérielle, le cancer et les infections virales dépendent également fortement de la fusion membranaire et pourraient éventuellement être traités en intervenant dans ce processus, a déclaré le Dr Rizo-Rey.